سرنوشت و تجزیه مواد پوشش لوله در خطوط لوله متروکه

این مقاله آثار زیست محیطی و آلودگی ناشی از تجزیه و تخریب مواد پوشش خطوط لوله که مدت هاست بازسازی نشده اند را بررسی می کند. 

0.1 خلاصه اجرایی

تاریخچه و ترکیب مواد پوشش خط لوله بررسی و سرنوشت پوشش های خط لوله مدفون با توجه به رها شدن در محل ارزیابی شد. مواد شسته شده از پوشش های خط لوله و تجزیه و سرنوشت آن ها در این مقاله بررسی می شود. بر اساس اطلاعات حاصل از مطالعات این مواد در مقالات علمی، مشخص شد که شستشوی این مواد از پوشش‌ها از زمانی که خط لوله در ابتدا دفن شده بود، رخ می دهد. در نتیجه، ترکیبات با وزن مولکولی پایین، محلول در آب و به راحتی قابل جداسازی، احتمالاً مدتی پیش حذف شده اند. شستشوی مواد از قطران زغال سنگ و پوشش های آسفالتی با سرعت کمتری انجام می شود. این پوشش ها ممکن است هیدروکربن‌های پلی آروماتیک با وزن مولکولی بالاتر  [polyaromatic hydrocarbons](PAHs) را حفظ کرده باشند که می‌توانند پس از رها شدن، قابل شستشو باشند. مشخص شده است که مولکول های PAH سمی هستند و مواد پوشش دهنده حاوی این مولکول ها نگرانی بیشتری برای خطوط لوله متروکه ایجاد می کند. اگر شسته شدن PAH ها رخ دهد، این مولکول ها حلالیت کم در آب و میل ترکیبی بالایی در کربن آلی دارند. این بدان معنی است که اگر شسته شوند، به کربن موجود در خاک جذب می شوند و با مولکول های آب موجود در خاک یا آب های زیرزمینی مهاجرت نمی کنند. علاوه بر این، این مولکول ها می توانند توسط میکروارگانیسم های خاک تجزیه شوند. در نتیجه سهم آن ها در خطرات بهداشتی و زیست محیطی خطوط لوله متروکه کم خواهد بود و بیشتر خطرات زیست محیطی ناشی از خطوط لوله، حاوی این مواد نمی باشد.

 
0.2 مقدمه

رها شدگی در محل خطوط لوله پس از سپری شدن عمر مفید خطوط لوله، به عنوان یک روش جایگزین بالقوه برای حفاری و حذف در نظر گرفته می شود. شرایط متعددی برای رهاسازی بسته به نوع خاک، زمین و نزدیکی به توده های آبی، مشخص شده است. پیشنهاد شده است که مواد حاصل از تخریب خط لوله ممکن است خطراتی برای محیط زیست یا سلامتی موجودات زنده داشته باشند. این منطقه به عنوان یک منطقه فاقد اطلاعات کافی شناخته شد و به عنوان یک انتخاب برای تحقیقات آینده مشخص شد.
هدف این پروژه به دست آوردن اطلاعات علمی در مورد محصولات تجزیه مواد پوشش دهنده خط لوله است تا خطرات آلودگی خاک و آب های زیرزمینی مرتبط با آزاد شدن این محصولات، درک و مدیریت شود.
 

0.3 روش جستجوی مقالات

برای جستجوی بیشتر در این زمینه ، از روش های زیر استفاده کنید. در سایت Science Direct با استفاده از کلید واژ ه های زیر :
خطوط لوله و پوشش* (چکیده، عنوان، کلمات کلیدی) و تخریب* (همه زمینه ها).
سایت Engineering Village با استفاده از کلید واژه های زیر:

پوشش ها (اصطلاح کنترل شده) و خطوط لوله (اصطلاح کنترل شده) و تخریب (موضوع، عنوان، چکیده)

موتورهای جستجوی Google و Google Scholar با استفاده از عبارات زیر:

"پوشش خط لوله" و تخریب
"تخریب میکروبی" و "پوشش خط لوله"
"خوردگی میکروبی" و خطوط لوله و پوشش ها.

برای جستجوهای مستقیم بیشتر Google و Google Scholar از روش زیر استفاده کنید:

"اجزای پوشش های خط لوله" و حلالیت و مهاجرت
"ترکیب پوشش های خط لوله" و رفتار  مواد  مدفون شده
شیرابه ها، مواد قابل شستشو از پوشش های خط لوله
شیرابه ها، مواد قابل شستشو از قطران زغال سنگ، آسفالت، اپوکسی و غیره.
رشد میکروبی شیرابه ها، مواد قابل شستشو از قطران زغال سنگ، اپوکسی و غیره.
تخریب میکروبی اجزای جداگانه پوشش های خط لوله
در نهایت برگه های اطلاعات ایمنی مواد (MSDS , SDS) برای هر نوع پوشش در شناسایی مسائل خطرات سمیت برای انسان و محیط زیست بررسی شد. همچنین سمیت زیست محیطی منحصر به فرد اجزای پوشش های خط لوله بررسی شد.
 

0.4 بحث

1.4 تاریخچه و ترکیب پوشش های خط لوله

خطوط لوله مدفون عمدتاً برای انتقال گاز و نفت و گاهی اوقات محصولات تصفیه شده آن ها استفاده می شود. از آن جایی که خطوط لوله مدفون هستند، باید از آب، نمک، میکروب ها و تنش موجود در خاک که می تواند منجر به خوردگی یا آسیب لوله و در نهایت شکسته شدن خط لوله شود، محافظت شود. یکی از ابزارهای حفاظتی برای خطوط لوله مدفون، پوشش دادن آن ها است که آن ها را از اثرات مخرب محیط زیرزمینی محافظت می کند. معماری خط لوله مدفون شامل  خود لوله می باشد که سپس با یک سری مواد پوششی که بر اساس شرایط خاک و تصمیمات صاحب خط لوله ، پوشش داده می شود.

اولین مواد پوشش دهی شامل قطران زغال سنگ و مواد آسفالتی در بستری از مواد الیافی مانند آزبست، فایبر گلاس یا حتی کرباس(نوعی پارچه درشت بافت و سنگین است که از الیاف پنبه، کتان یا کنف بافته می‌شود) بود. با توسعه فناوری، برخی از پوشش ها از مواد پلاستیکی از جمله پلی وینیل کلراید ساخته شدند. بعدها مشخص شد که این ماده خاصیت پلاستیکی خود را از دست می دهد و بنابراین با پوشش های پلی اتیلن جایگزین شدند. ساخت خطوط لوله مدفون تکامل یافت و شامل یک لوله تصفیه شده شیمیایی می باشد که سپس با یک لایه پرایمر و سپس یک چسب با لایه پلی اتیلن پوشانده شد (شکل 1). در حال حاضر گاهی تا سه لایه پلی اتیلن استفاده می شد.

در دهه‌های 1970 و 1980 استفاده از پیوند هم جوشی اپوکسی به عنوان ماده پوشش گسترش یافت. امروزه پیوند هم جوشی اپوکسی و پلی اتیلن جز انواع اصلی پوشش ها می باشند. سیر تکاملی ترکیب پوشش خط لوله در طی زمان در شکل 2 نشان داده شده است.

2.4 ترکیب پوشش های خط لوله

1.2.4 آزبست

آزبست یک ماده معدنی و سیلیکات طبیعی است. برخی از اعضای این خانواده عبارتند از کریزوتیل (Mg3(Si2O5)(OH)4 ، آموسیت، با کد شناسایی  12172-73-5 (Fe7Si8O22(OH)2  کروسیدولیت، با کد   12001-28-4، (Na2Fe 2+ 3Fe 3+ 2Si8O22(OH) 2) و اشکال دیگری نیز وجود دارد. آزبست از الیافی تشکیل شده است که دارای ویژگی های استحکام و مقاومت در برابر آتش است که آن را برای مواد پوشش دهنده خط لوله مناسب می کند. این الیاف حاوی مولکول های آلی برای ایجاد نگرانی های اضافی نیست. آزبست به طور سنتی در ترکیب با آسفالت یا قطران زغال سنگ استفاده می شود.
 

2.2.4 آسفالت/ قیر

آسفالت یک ماده نیمه جامد یا جامد یا ویسکوز مانند سیمان قهوه ای تیره تا سیاه است که از تقطیر غیر مخرب نفت خام در طی پالایش نفت تولید می شود. این ماده در اروپا بیشتر به عنوان قیر شناخته می شود. ترکیب شیمیایی دقیق آسفالت به ماهیت شیمیایی نفت خام اصلی و فرآیند ساخت مورد استفاده بستگی دارد. نفت خام عمدتاً حاوی ترکیبات آلیفاتیک، آلکان های حلقوی، هیدروکربن های آروماتیک ، ترکیبات آروماتیک چند حلقه ای (PAH ها) می باشد که ممکن است حاوی فلزاتی مانند آهن، نیکل و وانادیم باشند. نسبت این اجزای شیمیایی به دلیل تفاوت های قابل توجه در نفت خام از یک منطقه نفت خیز به منطقه نفت خیز دیگری یا حتی در مکان های مختلف در یک منطقه نفت خیز می تواند بسیار متفاوت باشد. با این حال ماهیت شیمیایی آسفالت تغییر نمی کند مگر اینکه شکاف حرارتی رخ دهد.

از نظر درصد وزنی، اکثر آسفالت ها دارای 79 تا 88 درصد کربن، 7 تا 13 درصد هیدروژن، 8 درصد گوگرد، 2 تا 8 درصد اکسیژن و 3 درصد نیتروژن می باشند. ترکیب شیمیایی آسفالت در جدول 1 آمده است.

A، B، C،D،E منابع مختلف آسفالت هستند

3.2.4 قطران زغال سنگ

قطران زغال سنگ به عنوان یک محصول جانبی زمانی که زغال سنگ برای تولید کک یا گاز کربنیزه می شود، تولید می شود. تقطیر قطران زغال سنگ باعث تولید کرئوزوت قطران زغال سنگ به عنوان یک محصول ، و قیر زغال سنگ به عنوان یک ماده باقیمانده در فرایند تقطیر می شود. قطران زغال سنگ ویسکوز و کمی محلول در آب می باشد، در حالی که قیر زغال سنگ می توانند نیمه جامد تا جامد باشند. این مخلوط‌های پیچیده حاوی بیش از 400 ترکیب شناسایی شده از جمله هیدروکربن‌ها، فنل‌ها و ترکیبات هتروسیکل هستند. ترکیب و خواص قطران زغال سنگ (و قیر زغال سنگ مشتق شده از آن) عمدتاً به دمای کربنیزاسیون و تا حدی کمتر به ماهیت زغال سنگ مورد استفاده به عنوان ماده اولیه بستگی دارد.

به طور کلی، قطران زغال سنگ فقط کمی در آب محلول هستند و از ترکیبات پیچیده ای از هیدروکربن ها، فنل ها و ترکیبات هتروسیکل اکسیژن، گوگرد و نیتروژن تشکیل شده اند.

4.2.4. پوشش های آسفالتی و قطران زغال سنگ حاوی بی فنیل های پلی کلرینه شده (PCB ها)[Polychlorinated Biphenyls]

اشاره های غیر مستقیم به  PCBها در مواد پوشش دهنده خط لوله (یعنی مواد آسفالتی)  وجود دارد. از آن جایی که دستورالعمل های مربوط به تماس با چنین موادی توسط حداقل یک سازمان دولتی منتشر شده است ، به نظر می رسد که این یک پدیده واقعی باشد. اعتقاد بر این است که پوشش های آسفالتی حاوی PCB تا دهه 1970 مورد استفاده قرار می گرفتند. بنابراین در فرایند رهاسازی  خطوط لوله ساخته شده بین سال های 1940 و 1970 باید PCBها را به عنوان یک آلاینده در نظر گرفت. ساختار اساسی PCB در شکل 3 نشان داده شده است. هر اتم کربن در مولکول بی فنیل (به جز اتم های کربن آلفا) می تواند محل اتصال یک اتم کلر باشد که منجر به مجموع 209 ایزومر PCB می شود. افزایش تعداد کلر در مولکول باعث افزایش پایداری و سمیت PCB می شود.
 

از آن جایی که روغن‌های PCB در همه کاربردها استفاده نمی‌شوند، PCB در همه پوشش‌های قطران زغال سنگ یافت نمی‌شود. نتایج مثبت متناوب ممکن است در یک منطقه نمونه برداری شده پیدا شوند یا نتایج مثبت ممکن است PCB ها را در سراسر خط لوله پیدا کنند.

5.2.4 پلی اتیلن

پلی اتیلن به عنوان یک ماده پوشش اولیه و به عنوان پوشش تعمیری در هنگام برداشتن و یا تعمیر عیوب خط لوله استفاده می شود. پلی اتیلن یک پلیمر ترموپلاستیک اتیلن است (شکل 4). وزن مولکولی بالایی دارد (وزن مولکولی متوسط = 100000 دالتون یا گرم بر مول) و ممکن است انعطاف پذیر یا سفت باشد. این پلیمر در آب حل نمی شود. این ماده نسبتاً بی اثر است و به آسانی تجزیه نمی شود. عوامل اکسید کننده قوی مانند اشعه ماوراء بنفش یا اوزون می توانند زنجیره پلی اتیلن را بشکنند و واحدهای با وزن مولکولی کوچکتر را آزاد کنند.
 

پلی اتیلن توسط چسب ها یا ماستیک هایی به لوله متصل می شود که در هنگام تعمیرات، یک پیوند چسبنده بین لوله و پوشش پلی اتیلن یا بین پلی اتیلن و پوشش اصلی ایجاد می کند.

6.2.4 پلی وینیل کلرید

پلی وینیل کلراید یک پلیمر ترموپلاستیک از جنس وینیل کلرید است و یک پلاستیک سفت و سخت است (شکل 5). هنگامی که برای پوشش های خط لوله استفاده می شود با افزودن نرم کننده هایی مانند فتالات ها انعطاف پذیرتر می شود (شکل 6). پلی وینیل کلرایدها، دیگر به عنوان پوشش خط لوله استفاده نمی شوند. ممکن است خطوط لوله قدیمی وجود داشته باشد که در ابتدا از این پوشش استفاده می شده است و مشاهدات در گذشته نشان داده است که این ماده در معرض آب شویی بوده و از بین رفتن فتالات ها در این شرایط در زمین منجر به خرابی پوشش شده است.

7.2.4 پلی ایزو بوتیلن، لاستیک بوتیل

پلی ایزوبوتیلن یا لاستیک بوتیل ساختاری تا حدودی شبیه پلی اتیلن دارد، با این تفاوت که هر اتم کربن دوم در زنجیره پلیمری به دو گروه جانبی متیل  (CH3) متصل است (شکل 7). پلی ایزوبوتیلن یک ماده ترموپلاستیک است که در گذشته به طور گسترده به عنوان پوشش خط لوله مورد استفاده قرار نمی گرفت، اما برخی ارجاعات به استفاده از آن پس از سال 2000 عمدتاً در چسب ها و ماستیک ها وجود دارد. 

8.2.4. پلی اورتان
​​​​​​​
پلی اورتان پلیمری است که از واکنش یک دی یا پلی ایزوسیانات با یک پلی ال تشکیل می شود (شکل 8). برای پلی اورتان های مورد استفاده جهت پوشش دهی، مواد آروماتیک دی ایزوسیانات با یک ایزوسیانات آلیفاتیک یا سیکلو آلیفاتیک در واکنش سنتز جایگزین می شود. بیشتر پوشش های پلی اتیلن از نوع مواد گرما سخت هستند.

9.2.4 اپوکسی با پیوند هم جوشی
​​​​​​​
پوشش‌های اپوکسی با پیوند هم جوشی از پلیمری متشکل از بیس ‌فنل A و اپی کلروهیدرین ساخته می‌شوند (شکل 9). این پوشش پلیمری به صورت الکترواستاتیک روی لوله و به شکل مخلوط پودری اعمال می شود ، سپس تا دمای بالا گرم می شود. اپوکسی روی سطح لوله جریان می یابد و سپس سخت می شود تا تمام شکاف های سطح را پر کند و در نتیجه با لوله فولادی پیوند محکمی ایجاد می کند. بنابراین آن ها پوشش های ترموست (با تغییر دما حالتشان تنظیم می شود) هستند. پوشش‌های اپوکسی با پیوند هم جوشی به عنوان پوشش‌های مستقل و همچنین جزئی در سیستم‌های پوشش چند لایه کاربرد دارند. انواع دیگر رزین های پایه مانند بیس فنلF  نیز ممکن است در فرمولاسیون های پیوند همجوشی برای به دست آوردن خواص مشخص شده مختلف استفاده شوند.

​​​​​​​

3.4 قابلیت شستشوی اجزاء از مواد پوشش دهنده خط لوله

این نگرانی وجود دارد که مواد نامناسب ممکن است شسته شوند یا ممکن است از پوشش های خط لوله در حال رها شدن خارج شوند. در اینجا موادی عنوان می شوند که ممکن است از پوشش ها شسته شوند.
 
1.3.4 آزبست

آزبست محلول در آب نیست و بنابراین نباید هیچ عنصری در آزبست موجود در پوشش ها وجود داشته باشد که بتواند از پوشش شسته شود و از طریق آب های زیر زمینی در خاک مهاجرت کند. آزبست یک ماده معدنی است بنابراین حاوی مولکول های آلی نیست تا نگرانی های بیشتری ایجاد کند. با این حال، آزبست می تواند خطراتی برای سلامتی داشته باشد، زیرا به عنوان یک ماده سرطان زا برای انسان طبقه بندی می شود و تنها عامل شناخته شده مزوتلیوما، یک سرطان پوشش قفسه سینه و شکم است. خطوط لوله با پوشش آزبست رها شده، تا زمانی که مدفون باقی بماند، نباید نگرانی در مورد آزبست ایجاد کند.

2.3.4. آسفالت / قیر

اجزای آسفالت، ترکیبات پلی آروماتیک با وزن مولکولی بالا می باشند (جدول 1). به این ترتیب آن ها تمایل کمی به حلالیت در آب دارند ، بنابراین آب شویی پایینی خواهند داشت.

چهار نمونه آسفالت بام، هیچ یک از 29 هیدروکربن پلی آروماتیک آزمایش شده  (PAHs) را شستشو ندادند و از 6 نمونه پوشش آسفالت آزمایش شده، دو نمونه حاوی مقادیر قابل تشخیص نفتالین و فنانترن بودند. اما هر دو ماده زیر حد مجاز آب آشامیدنی 0.015 میلی گرم در لیتر بودند. آزمایش‌های آب شویی روی نمونه‌های آسفالت بازیافتی، وجود شانزده PAH آلاینده مهم را نشان نداد. غلظت PAH در آب شیرابه از 210 نمونه آسفالت کمتر از حد مجاز اروپایی 0.1 میکروگرم در لیتر برای آب آشامیدنی بود.
مطالعات انجام شده  نشان داد که رفتارهای شستشو از آسفالت احتمالا پیچیده است. شستشوی آب باعث کاهش وزن می‌شود که احتمالاً به دلیل از دست دادن یا مهاجرت هیدروکربن‌های محلول از پوشش‌های آسفالت می باشد، اما آب نیز توسط آسفالت جذب شده و باعث ترک خوردن و شکستن آن می‌شود. متأسفانه در این مورد، هیچ گزارشی از آنالیز آب جهت تشخیص وجود اجزای قابل شستشو وجود نداشت.

مطالعات شستشوی آسفالت، کاهش 40 درصدی در نرخ شستشوی کل مواد آلی از آسفالت ، طی یک دوره 30 روزه را گزارش داد. نیمه عمر مولکول های با وزن مولکولی کم مانند زایلن و تولوئن 9 تا 29 روز بود در حالی که نیمه عمر مولکول های بزرگتر مانند PAH، نفتالین، 178 روز بود.
 
3.3.4 قطران زغال سنگ

آنالیز قیر سقفی،   PAHهای مشابه موجود در آسفالت را یافت (جدول 2). اجزای قابل شستشو از قطران زغال سنگ تقریباً همه PAH بودند. در مطالعات آزمایشگاهی، نرخ شستشوی ترکیبات خاص تغییر کمی در یک دوره 30 روزه نشان داد. این نشان می‌دهد که در PAH اجزا در قطران زغال‌سنگ قوی‌تر از آسفالت نگهداری می‌شوند و زمان بیشتری برای تخلیه قطران زغال‌سنگ از این اجزا طول می‌کشد (جدول 3). نیمه عمر محاسبه شده برای نفتالین در قطران زغال سنگ 1267 روز بود در حالی که نیمه عمر فنانترن 146 روز بود.

4.3.4 PCB های موجود در پوشش های آسفالتی یا قطران زغال سنگ

PCB ها حلالیت کمی در آب دارند و بنابراین انتظار می رود که از پوشش های آسفالتی و قطران زغال سنگ شستشوی کمی داشته باشند. انتظار می رود که PCB ها در یک مخلوط هیدروکربنی توسط هیدروکربن با مهاجرت کمی به فاز آبی حفظ شوند. مطالعه PCBها گزارش داد که مقادیر PCB در نمونه‌های سطح جاده آسفالت، در غلظت‌های mg/kg 1.76 - 1.81 اما در کف خیابان µg/kg 55 و  در خاک زیر  کف  خیابان 28 تا 95 µg/kg​​​​​​​ موجود است . این کار تلاشی برای ارتباط وجود سایر مواد آلی از جاده با محل یا غلظت PCB در خاک نداشت. مطالعه خاک آلوده به هیدروکربن و PCB نشان داد که مهاجرت عمودی و جانبی PCB با مهاجرت هیدروکربن از طریق خاک ارتباط دارد. هیچ  مقدار  از PCB در غیاب هیدروکربن وجود نداشت.
 

4.3.5 پلی اتیلن

مواد قابل شستشو بالقوه از پلی اتیلن شامل حلال های موجود در مواد در طی ساخت، افزودنی های آنتی اکسیدان ها و عوامل فرآوری به ترتیب برای حفظ طول عمر و اثربخشی استفاده می شود. نشان داده شده است که مواد قابل استخراج توسط آب از پوشش های خط لوله پلی اتیلن، از فعالیت رشد میکروبی و احیا سولفات حمایت می کنند. آنالیز کروماتوگرافی گازی با طیف سنج جرمی (GC-Mass) برای شناسایی موادی که می تواند رشد میکروبی را پشتیبانی کند، انجام نشد.

اسیدهای چرب و استرهای آن ها در آب و در حلال ها قابل استخراج بودند در حالی که آمیدهایی مانند اروکامید و آنتی اکسیدان هایی مانند فنولیک دارای مانع فضایی و ایرگانوکس 1010، قابل استخراج نبودند. علاوه بر این، اشاره شد که این مواد قابل شستشو با آب در پلی اتیلن در حد ppm وجود دارند و بخش عمده ای از محصول را تشکیل نمی دهند.
 

7.3.4 پلی ایزو بوتیلن، لاستیک بوتیل

مواد شستشوی گزارش‌شده از پلی ایزوبوتیلن شامل گونه‌های آروماتیک و آلکانی است که ترکیب آن ها با نوع ماده متفاوت است. محصولات بوتیل غیر هالوژنه،  بوتیل بنزن و سایر فنیل آلکان ها را شستشو می دهند. محصولات بوتیل برم دار، PAH ها و بنزوتیازول ها را شستشو می دهند. غلظت بوتیل بنزن و فنیل آلکان در شیرابه های مورد آزمون، به ترتیب 0.9 میکروگرم در لیتر و 9.7 میکروگرم در لیتر بود.
 
8.3.4 پلی اورتان

تولوئن دی آمین یا متیلن دی آنیلین به عنوان مواد قابل شستشو از پلی اورتان بسته به مواد خام مورد استفاده در ساخت پلیمر، شناسایی شدند؛  یا به عبارتی از تولوئن دی ایزوسیانات یا متیلن دی فنیل دی ایزوسیانات ساخته شده اند. این دو ماده شیمیایی به شدت در آب محلول  هستند، ضریب جذب آن ها که لگاریتم نسبت بین غلظتشان در خاک و  در فاز آبی در حالت تعادل است (log Koc) ، به ترتیب 1.56 و 1.59 است، و این موضوع نشان می دهد که آن ها به جای جذب در خاک از طریق آب شسته می شوند.  با این حال، آن ها زیست تخریب پذیر هستند و در طول عمر خطوط لوله به احتمال زیاد از پوشش ها شسته شده اند.
 

9.3.4 اپوکسی با پیوند هم جوشی

عمده مواد شیمیایی قابل شستشو از پوشش‌های خط لوله اپوکسی شامل حلال‌های متیل ایزوبوتیل کتون و ارتو، متا و پارا زایلن بود. این حلال ها ممکن است در فرآیند تولید در اپوکسی وجود داشته باشند، اما به سرعت از پوشش خارج می شوند و مقدار آن ها ممکن است 77٪ پس از 30 روز در آب کاهش یابد.
 

4.4 پایداری و سرنوشت مواد شسته شده

1.4.4 آزبست ها

هیچ ماده ای وجود ندارد که از خود آزبست شسته شود. به عنوان یک ماده معدنی، آزبست در محل خط لوله مدفون باقی می ماند.
 
2.4.4 آسفالت / قیر و قطران زغال سنگ

PAH های موجود در آسفالت، قیر و قطران زغال سنگ حلالیت کمی در آب دارند. آن ها همچنین میل ترکیبی بالایی با مواد آلی خاک بر اساس مقادیر log Koc در محدوده 4.4 - 6.0 دارند. این بدان معنی است که آن ها تمایل دارند در مواد پوشش باقی بمانند. مقادیر اندکی که می توانند در آب خاک حل شوند به ذرات خاک جذب می شوند و به طور قابل ملاحظه ای به آب زیرزمینی مهاجرت نمی کنند. مطالعه یک محل آلوده به قطران زغال سنگ نشان داد که بخش عمده ای از PAH ها در محل انتشار اصلی قرار دارند. مقداری مهاجرت همراه با جریان آب سطحی و زیرزمینی وجود داشت، اما غلظت‌ها در محدوده 0.04 - 3.7 میکروگرم بر گرم بود و این غلظت‌ها تا 3 مرتبه کمتر از محل انتشار اولیه (که در آن قسمت عمده آلودگی قرار داشت) بود.
مولکول های PAH ، توسط میکروارگانیسم های خاک تحت شرایط هوازی و بی هوازی، در معرض تجزیه زیستی قرار می گیرند. مراحل اولیه تجزیه مولکول های هیدروکربن ، شامل تبدیل به یک الکل و سپس یک کربوکسیلیک اسید قبل از معدنی شدن به دی اکسید کربن و آب است .
 

3.4.4 حضور PCBها در پوشش های آسفالت یا قطران زغال سنگ

مانند PAHها، PCBها نیز حلالیت کمی در آب در محدوده نانوگرم تا میکروگرم در لیتر دارند. در غیاب یک هیدروکربن  مایع،  برای حل کردن و به حرکت درآوردن آن ها، PCB ها در آسفالت یا قطران زغال سنگ باقی  می مانند .

 مانند PAH ها، مقادیر کمی از PCB ممکن است در آب حل شوند اما ثابت جذب بالا(Log Koc = 6.4-8)   نشان می دهد که PCB ها به ذرات خاک جذب می شوند و به طور قابل توجهی مهاجرت نمی کنند. میکروارگانیسم‌های خاک می‌توانند PCB‌ها را در طی زمان، هرچند بسیار آهسته، تجزیه کنند. نرخ های تجزیه زیستی به غلظت PCB، وجود سایر هیدروکربن ها، سطح کلر زنی PCB، گونه های میکروبی موجود و شرایط هوازی یا بی هوازی بستگی دارد. نیمه عمر ممکن است از سال ها تا دهه ها متفاوت باشد. کارهای تحقیقاتی اخیر، تجزیه زیستی سریع PCB ها توسط میکروارگانیسم های موجود در ناحیه ریشه برخی درختان کاج و بید را گزارش کرده است.
 

4.4.4. پلی اتیلن

انتظار می رود پوشش پلی اتیلن روی خطوط لوله مدفون بی اثر و بدون تغییر باقی بماند. قرار گرفتن در معرض پرتو فرابنفش نور خورشید می تواند باعث اکسیداسیون پلیمر و کاهش اندازه مولکولی شود. در یک کار تحقیقاتی  انجام شده  اکسیداسیون پلی اتیلن تحت تأثیر اکسید کننده اوزون انجام شد و زیر مجموعه ای از مولکول ها با وزن مولکولی 10000 در مقایسه با وزن مولکولی ماده اولیه 100000 ایجاد کرد. بعید است که یک خط لوله مدفون رها شده شرایط قرار گرفتن در معرض نور شدید خورشید یا اوزون را تجربه کند. از مواد افزودنی پلی اتیلن می توان به اسیدهای چرب و استرهای اسید چرب اشاره کرد. وجود اسیدهای چرب مانند اسید دکانوئیک که دارای Log Koc = 2.2 - 2.6 و حلالیت 61.8 میلی گرم در لیتر هستند، نشان می دهد که آن ها می توانند از پلی اتیلن شسته شوند و وارد قسمت مرطوب خاک شوند تا جایی که می توانند تا حدودی مهاجرت کنند. برعکس، اسیدهای چرب با وزن مولکولی بالاتر، مانند اسید اکتادکانوئیک، کمی در آب محلول هستند (در محدوده 0.6 تا 1 میلی گرم در لیتر) با log Koc 4.06 - 4.71 که نشان می دهد به ماده خاک جذب می شود و مهاجرت نمی کند. بعلاوه این مواد در صورت مواجهه با میکروارگانیسم های خاک تجزیه زیستی خواهند شد. تبدیل مولکول های آلکان به اسیدهای چرب مراحل اولیه تجزیه زیستی آن ها توسط میکروارگانیسم ها می باشد.
 

5.4.4 پلی وینیل کلرید

پلی وینیل کلراید یک مولکول بزرگ است که محلول در آب نیست. پوشش های پلی وینیل کلراید خط لوله باید بی اثر بماند. با این حال، پلی وینیل کلراید نسبتاً شکننده است و نرم‌کننده‌ها در فرمول‌بندی‌ها به منظور انعطاف‌پذیری بیشتر آن گنجانده شده‌اند. یک نرم کننده رایج دی بوتیل فتالات است (شکل 6). شواهد حفاری خط لوله نشان داده است که با گذشت زمان نرم کننده از پوشش خارج شده و آن را شکننده می کند.  فتالات هایی که از پوشش های پلی وینیل کلرید شسته شده اند می توانند به خاک و آب های زیرزمینی مهاجرت کنند. با این حال، فتالات ها می توانند توسط میکرو ارگانیسم های خاک و رسوب در هر دو شرایط هوازی و بی هوازی تجزیه زیستی شوند.
 
 

6.4.6 پلی ایزو بوتیلن، لاستیک بوتیل

پلی ایزو بوتیلن به صورت مایع روی سطح خط لوله اسپری می شود و پس از آن خشک می شود و به یک پوشش جامد تبدیل می شود. پوشش های خط لوله ساخته شده از این ماده بی اثر می مانند. حلال های مورد استفاده در ساخت و کاربرد آن ها یا افزودنی ها ممکن است از محصول نهایی قابل شستشو باشند. مواد قابل شستشو گزارش شده شامل بوتیل بنزن، فنیل آلکان و بنزوتیازول ، انتظار می رود که زیست تخریب پذیر باشند.
 
 
7.4.4 پلی اورتان

زنجیره پلی اورتان از پیوندهای پلی استر تشکیل شده است. با گذشت زمان، پوشش خط لوله رها شده می تواند در برابر آنزیم های استراز تخریب شود. این کار مدتی طول می کشد زیرا پلی اورتان یک مولکول بزرگ است و نمی توان آن را در داخل سلول میکروبی جایی که بیشتر آنزیم های تجزیه کننده قرار دارند وارد کرد. در نتیجه چنین آنزیم هایی باید به طور فعال توسط میکرو ارگانیسم ها دفع شوند یا با مرگ سلول ها آزاد شوند.

شیرابه های گزارش شده از پلی اورتان شامل تولوئن دی آمین و متیلن دی آنیلین است. گزارش شده است که این محصولات پس از تولید به طور تصاعدی کاهش می یابند  و اعتقاد بر این است که زیست تخریب پذیر هستند. در نتیجه، تداوم حضور آن ها در خطوط لوله متروکه ای که بیش از 50 سال است مورد استفاده قرار می گیرند، قابل بحث است.
 
8.4.4 اپوکسی با پیوند هم جوشی

حلال های موجود در شیرابه ها از جمله زایلن ها و متیل ایزوبوتیل کتون از پوشش های اپوکسی با پیوند هم جوشی مورد توجه قرار گرفته است . انتظار نمی رود که آن ها تداوم داشته باشند و بیش از 50 سال استفاده از خط لوله در زمان رها شدگی از بین خواهد رفت. مطالعات شستشو نشان می دهد که مقدار آن ها ممکن است 77 درصد پس از 30 روز در آب کاهش یابد.
 

5.4 اثرات سمی و سمیت نسبی

برخی نگرانی‌هایی مربوط به سمیت و سلامت و ایمنی مرتبط با مواد پوشش‌دهنده خط لوله وجود دارد که در بخش زیر این نگرانی ها عنوان می شود.
 

1.5.4 آزبست ها

آزبست به عنوان یک ماده سرطان زا برای انسان قلمداد می شود. آزبست یک ماده فیبری است و استنشاق الیاف آن به عنوان عامل ایجاد مزوتلیوما، سرطان پوشش قفسه سینه و شکم در نظر گرفته می شود. تا زمانی که خطوط لوله رها شده با پوشش آزبست مدفون باقی بمانند، نباید مشکلی وجود داشته باشد. با این حال، مالک خط لوله باید از محل پوشش های حاوی آزبست آگاه باشد.
 

2.5.4 آسفالت / قیر و قطران زغال سنگ

در آسفالت و قطران زغال سنگ، اجزای مهم، شامل ترکیبات PAH هستند. انتظار می رود این مواد شیمیایی از مواد پوشش در مدت زمان طولانی شسته شده و ممکن است هنوز هم در پوشش های در حین تجزیه موجود باشند. همه PAH ها نگران کننده هستند؛ اما آنتراسن، کریسن، بنزو (a)آنتراسن و بنزو (a) پیرن در صورت تغلیظ، به عنوان نماینده سمی ترین مواد PAH انتخاب شدند. برای بنزو (a) پیرن به عنوان یک نمایندهPAH ، میزان   ppm 308 در غذا در یک دوره 10 روزه، باعث نقص مادرزادی می شود.  در غذای موش   mg/kg 923 در طی یک دوره چند ماهه، مشکلاتی در کبد و خون ایجاد می کند. حدود مقادیر PAH زیست محیطی موقت توصیه شده توسط شورای وزیران محیط زیست کانادا به ترتیب 0.6، 6.2، 6.2 و 61.5 میلی گرم در لیتر برای بنزو (a) پیرن، بنزو (a)آنتراسن، کریسن و آنتراسن است. رتبه بندی سمیت نسبی برای بنزو  (a) پیرن، بنزو (a)  آنتراسن، کریسن و آنتراسن به ترتیب 1، 0.013 - 0.145، 0.001 - 0.145 و 0.01 است.
 

3.5.4 PCB موجود در آسفالت و قطران زغال سنگ

برای PCB های موجود در پوشش های آسفالت و قطران زغال سنگ، PCB ها توسط سازمان حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) به عنوان یک سرطان زای احتمالی برای انسان شناخته می شوند. PCB ها باعث ایجاد سرطان در پستانداران دیگر شده  و همچنین اثرات دیگری در سیستم ایمنی، سیستم تولید مثل، سیستم عصبی و سیستم غدد درون ریز به وجود می آورند. با توجه به محدودیت های مواجهه استانداردهای آب آشامیدنی ، حداکثر سطح آلاینده هدف [Maximum Contaminant Level Goal](MCLG)   : صفر میلی گرم در لیتر، حداکثر سطح آلاینده (MCL)  : 0.0005 میلی گرم در لیتر، سطح مشاوره سلامت    (HAL[Health Advisory Level]) برای کودکان: صفر می باشد.
 

4.5.4. پلی اتیلن

پلی اتیلن از نظر شیمیایی بی اثر است. افزودنی های قابل شستشو در پلی اتیلن شامل اسیدهای چرب و استرهای اسید چرب می باشند. این مواد شیمیایی ممکن است محرک پوست باشند اما باعث سرطان نمی شوند و سمی نیستند. حد مجاز اسید چرب C18، اسید استئاریک، LD50 خوراکی 2000 میلی گرم بر کیلوگرم در موش ها است. حد مجاز دکانوئیک اسید LD50  ، 10000میلی گرم بر کیلوگرم است.
 
5.5.4 پلی وینیل کلرید

فتالات های موجود در پوشش های پلی وینیل کلراید، قابل شستشو در  خاک و آب هستند. آن ها می توانند بیان ژن را تغییر دهند که به عنوان یک شبه استروژن عمل کند. اگر قرار گرفتن در معرض مواد خوراکی بیش از میانگین مصرف روزانه (ADI[average daily intake])  0.2 میلی گرم بر کیلوگرم در روز دی بوتیل فتالات باشد، در انسان سمی هستند.
 

6.5.4 پلی اورتان

پلیمر پلی اورتان از نظر شیمیایی بی اثر است. هیچ محدودیتی برای قرار گرفتن در معرض این ماده در ایالات متحده توسط OSHA  (اداره ایمنی و بهداشت شغلی) یا ( ACGIH کنفرانس آمریکایی متخصصات بهداشت صنعتی دولتی) ایجاد نشده است. این  ماده توسط OSHA برای سرطان زایی طبقه بندی نشده است.

شیرابه حاصل از پلی اورتان، تولوئن دی آمین، هنگامی که در مقدار 50 و 100 ppm به موش های صحرایی F344 که با مانع رشد کرده بودند به مدت 2 سال خورانده شد، که باعث افزایش بروز تومورهای کبدی و پستانی شد. EPA تولوئن 4,2-دی آمین را به عنوان یک گروه B2، یک سرطان‌زای احتمالی برای انسان طبقه‌بندی کرده و فاکتور شیب سرطان دهان را   (mg/kg/day) 3.2   تعیین کرده است.
متیلن دی آنیلین، دیگر شیرابه حاصل از پلی اورتان نیز باعث سرطان می شود. اداره ایمنی و بهداشت شغلی ایالات متحده  (OSHA) محدودیت های مواجهه 10 قسمت در میلیارد (میانگین وزنی) 8 ساعته و محدودیت نوردهی کوتاه مدت 100 قسمت در میلیارد را تعیین کرده است.
 

7.5.4 پلی ایزو بوتیلن، لاستیک بوتیل

اطلاعات زیادی در مورد بوتیل بنزن به عنوان نماینده فنیل آلکان یا بنزوتیازول در دسترس نیست. برگه‌های اطلاعات ایمنی اشاره می‌کنند که اطلاعات سمیت کمی در دسترس است. در حالی که جدول استانداردهای آب آشامیدنی و توصیه های بهداشتی EPA ایالات متحده شامل بنزوتیازول نمی شود، این جدول حاوی بوتیل بنزن است اما هیچ واحد یا مقداری برای این ترکیب در فهرست وجود ندارد.
 

8.5.4 اپوکسی با پیوند هم جوشی

متیل ایزوبوتیل کتون قابل شستشو از اپوکسی با پیوند همجوشی است. هیچ مورد گزارش شده ای از سرطان زایی برای این ترکیب یافت نشد، اما اثرات منفی آن در کبد، خون و کلیه گزارش شده است. کنفرانس آمریکایی متخصصان بهداشت صنعتی دولتی یک مقدار آستانه  ppm 200 برای شاخص مواجهه بیولوژیکی ایجاد کرد.
 

9.5.4 محدوده سمیت نسبی مواد پوشش خطوط لوله

سمیت نسبی مواد پوشش رها شده به ماهیت جزء سمی قابل شستشو ، میزان شویش، اثرات سمی آن و یا محدودیت های دیگر وابسته است. داده‌های حاصل از مطالعات شستشو نشان داده‌اند که اجزای سمی اکثر پوشش‌های خط لوله به راحتی قابل شستشو هستند. بنابراین در صورت رها شدن، مقدار کمی از این اجزای قابل شستشو در پوشش‌ها باقی می‌ماند. انتظار می‌رود که تنها PAHهای موجود در پوشش‌های آسفالت و قطران زغال‌سنگ، و احتمالاً PCB‌های اضافه شده به این مواد، تا زمان رهاسازی همچنان وجود داشته باشند. این به دلیل این واقعیت است که PAH ها و PCB ها حلالیت کم در آب و میل ترکیبی بالایی برای ماتریکس کربن مواد پوشش دارند.

PAH ها با سمیت نسبی رتبه بندی شدند. رتبه بندی سمیت نسبی PAH ها به شرح زیر است:

بنزو (a) پیرن:1
بنزو (a) آنتراسن:0.013-0.145
آنتراسن: 0.01
کریسن: 0.001-0.0044
 
از آن جایی که بنزو(a) پیرن جز سمی ترین ماده درجه بندی شده است، اگر در مواد پوشش وجود داشته باشد، آن ماده سمی ترین ماده در نظر گرفته می شود. مقدار بنزو(a)  پیرن موجود در مواد پوششی منفرد، مسمومیت آن را نشان می دهد. مقایسه PAH های موجود در قطران زغال سنگ و آسفالت نشان داد که سطوح در قطران زغال سنگ 1000 برابر بیشتر از آسفالت است. به عنوان مثال سطح بنزو(a)  پیرن در قطران زغال سنگ زمین 18100 میلی گرم بر کیلوگرم بود در حالی که در آسفالت  سطح آن 3.2 - 5.3 میلی گرم بر کیلوگرم بود . بنابراین غلظت PAH ها و پوشش‌های بنزو(a)  پیرن ، پوشش‌های خط لوله ساخته شده از قطران زغال سنگ و اپوکسی‌های قطران زغال سنگ سمی‌ترین و پس از آن پوشش‌های آسفالتی بیشترین نگرانی برای سلامتی و محیط زیست در نظر گرفته می‌شوند. برای سایر مواد پوشش، در حالی که ممکن است حاوی ترکیبات سمی باشند، اکثر آن ها در زمان رها شدن از پوشش خارج می شوند. 
اطلاعات خلاصه در مورد ترکیب، قابلیت شستشو و سمیت مواد پوشش دهنده خط لوله در جدول 4 جمع آوری شده است.

0.5 نتیجه

خطوط لوله بیش از 50 سال است که بدون هیچ مدرک یا شکایتی از اثرات نامطلوب مواد پوشش دهنده وجود داشته است. رها شدن خطوط لوله در محل بدون تعمیر و نگهداری به این معنی است که لوله و پوشش های آن تحت تأثیر نیروهای محیطی در معرض تخریب قرار می گیرند. لوله ها دفن شده اند بنابراین هیچ اثری از نور خورشید و اشعه ماوراء بنفش همراه آن وجود نخواهد داشت. شرایط مدفون به این معنی است که محیط خط لوله می تواند ترکیبی از هوازی و بی هوازی بسته به فصل و میزان بارندگی موجود باشند. هر گونه تخریبی که رخ می دهد احتمالاً در طول عمر خط لوله ادامه داشته است و ممکن است در طول زمان به حدی تسریع شود. با این حال، انتظار می‌رود که میکروب‌های موجود در مجاورت پوشش ها، موادی که می‌توانند از پوشش‌های خط لوله خارج شوند را تخریب کنند.

گزارش شده است که PAH ها و سایر مولکول های آروماتیک و همچنین مولکول های آلکان موجود در پوشش های خطوط لوله به طور موثر تحت شرایط هوازی و تحت شرایط بی هوازی با استفاده از سولفات یا نیترات به عنوان گیرنده الکترون تجزیه می شوند. سوال این جاست که بعد از 50 سال سرویس چقدر مواد زیست تخریب پذیر روی لوله باقی می ماند. از آن جایی که نشان داده شده است ، آب شویی مواد آلی با پوشش های خط لوله رخ می دهد، همین پدیده در پوشش ها تا خاک و رطوبت خاک در طول عمر خط لوله ادامه داشته است. بر اساس نرخ شستشوی مشاهده شده در مطالعات آزمایشگاهی ، اجزای سمی قابل شستشو از مواد پوششی تخلیه شده اند. فقط آسفالت ها و قیرها احتمالاً PAH را حفظ کرده اند زیرا سرعت شستشوی آن ها بسیار کندتر است.

نرخ شستشو نیز در ابتدا تحت تأثیر مقدار مواد قابل شستشو در مواد پوشش قرار می گیرد. مقدار بالاتر PAHها در زمین قطران زغال سنگ در مقایسه با آسفالت قطران زغال سنگ به ماده پوشش سمی تر اشاره می کند.

به طور خلاصه، تا زمانی که یک خط لوله پس از تقریباً 50 سال رها شود، انتظار می رود موارد زیر اعمال شوند:

* هیدروکربن های با وزن مولکولی پایین تر از مواد پوششی شسته شوند.
* هیدروکربن های با وزن مولکولی بالاتر (به عنوان مثال PAH  ها) ممکن است هنوز در مواد پوشش وجود داشته باشند.
*  هیدروکربن های با وزن مولکولی بالاتر حلالیت کمی در آب دارند و روی پوشش یا درون ماتریکس پوشش به هیدروکربن های دیگر چسبیده می مانند.
* به دلیل حلالیت کم در آب و تمایل زیاد به کربن آلی، هیدروکربن های با وزن مولکولی بالاتر تمایل به جذب مواد آلی خاک در محل خط لوله متروکه دارند.
* هیدروکربن هایی که از مواد پوشش دهنده خط لوله شسته می شوند در طی یک دوره زمانی طولانی تمایل به تجزیه زیستی دارند. انتظار نمی رود که مواد واسطه تجزیه شده با شسته شدن انباشته شوند.
 

0.6 توصیه ها
​​​​​​​
1. مقدار مواد قابل شستشو هنوز در پوشش های خط لوله در زمان رها شدن باید با نمونه برداری و آنالیز تایید شود. یک پروتکل باید برای نمونه برداری از نظر مواد پوشش خط لوله و محیط خاک خط لوله مدفون ایجاد شود. در حالت ایده آل، محل نمونه برداری خاک باید در فاصله 30 سانتی متری زیر لوله در موقعیت ساعت 6[به معنای پایین و مستقیم] خط لوله باشد. استخراج خاک و آنالیز عصاره خاک می تواند بر اساس روش EPA باشد.

2. گزارش شده است که PCBها در پوشش های تولید شده در دوره زمانی 1940-1970 گنجانده شده اند. پوشش‌های آسفالت و قطران زغال سنگ از خطوط لوله ساخته شده در آن دوران باید برای حضور PCB‌ها در زمانی که برنامه‌هایی برای رهاسازی آن خطوط لوله انجام می‌شود، آنالیز شود.
​​​​​​​
3. نمونه های به دست آمده از گودال های خط لوله باید از نظر ترکیب و سن فهرست بندی شوند. این نمونه ها باید از نظر ترکیب باقیمانده مورد آنالیز قرار گیرند و برای تعیین نرخ رهاسازی اجزای باقیمانده ، شیرابه ها بایستی آنالیز شوند . بانک اطلاعاتی از این قبیل، یک سند در پاسخ به انتقادات مربوط به رهایی خط لوله در محل خواهد بود.